This research investigates a new phenomenon in polycrystalline-silicon film which is heavily doped with both phosphorus and boron. By applying high current pulses, n-type layer which is heavily doped with phosphorus and also contains a large amount of boron atoms is converted into a p-type polycrystalline silicon layer.
The filamentation in polycrystalline lateral diode due to high current conduction is demonstrated to be an important mechanism that controls the type conversion process. Computer simulation of the formation of the filament is in good agreement with the experimental results.
When we apply a high density current pulse of $10^6A/cm^2$ to the lateral diode, abrupt transition of the current-voltage characteristics from those of a diode to those of a resistor is observed. We can also observe the threshold voltage shift of polycrystalline-silicon gate MOSFET by applying high density current pulse to the lateral diode which is used as a gate electrode. From these experimental results, it is believed that the p-type filament is formed in the $n^+$ region due to high current conduction. The formation of the p-type filament can be explained when we accept the dopant migration in the molten filament.
The structure of heavily doped polycrystalline film is examined and existence of boron clustering is found from the SEM analysis of the polycrystalline- silicon film which is subjected to $n^+$ diffusion followed by $p^+$ diffusion.
보론과 인을 함께 다량 포함하는 다결정 실리콘 박막에서의 새로운 현상이 연구되었다. $10^6 A/cm^2$ 정도의 고전류 펄스를 가함으로서, 보론과 인을 다량 포함하고 있는 n-형 다결정 실리콘 박막의 일부가 p-형으로 형태 변환되는 것을 확인하였다. 이와같은 불순물 형태 변환의 기초가 되는 filamentation 현상이 computer simulation 되었으며, 이 결과를 실제 p-n 다이오드에서 일어나는 실험적 결과와 비교하였다. Filamentation 현상이 일어난 후 불순물 형태 변환이 이루어지고 이로 인해서 p-n 다이오드의 전기적 특성은 저항의 전기적 특성으로 바뀌며, 이것은 n-형 영역 내부에 부분적으로 불순물형태가 변환된 p-형 영역이 생겨서 일어나는 현상으로 설명될 수 있다. 다결정 실리콘을 게이트 전극으로 사용하는 MOSFET 에서는, 불순물 형태의 변환이 약 1.4 volt의 threshold 전압 변화로 나타났다.
불순물 형태 변환의 직접적인 원인은 용융된 filament 내부에서의 고전류 펄스에 의한 불순물 천이 현상으로 보여지며, 인을 다량 포함하는 다결정 실리콘에 보론을 다량 주입할 때 나타나는 보론 clustering 현상 또한 불순물형태 변환에 도움을 주는 것으로 해석된다.